JP2007020074A

JP2007020074A - 移動無線局及びその通信パラメータ制御方法

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Publication number: JP2007020074A
Application number: JP2005201714A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Okamoto; 悦宏岡本; Yukihiko Okumura; 幸彦奥村; Atsuo Iwanaga; 充生岩永
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-25
Also published as: KR20070007728A; EP1744506A3; EP1744506A2; CN1897736A; US20070019587A1

Abstract

【課題】速度検出に要する時間を短縮して少ない電力で迅速に通信パラメータの制御を行うことができる移動無線局及びその通信パラメータ制御方法を提供する。
【解決手段】対向する無線局と予め設定された通信パラメータに基づいて通信を行う移動無線局２０４は、ＧＰＳを介して取得した情報及び／または少なくとも１つの基地局から取得した情報に基づいて自機の位置を測定する測位部２１４と、異なる時間に測定された位置に基づいて自機の移動速度を検出する速度検出部２１６と、検出された移動速度に応じて通信パラメータを変更するパラメータ選択機能部２１８とを含む。測位部２１４は、基地局から信号が送信されてから移動無線局２０４に到達するまでの時間に基づいて基地局から移動無線局２０２までの距離を計算してもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は移動無線局及びその通信パラメータ制御方法に関し、より詳細には対向する無線局と予め設定された通信パラメータに基づいて無線データ通信を行う移動無線局及びその通信パラメータ制御方法に関する。

第３世代携帯電話（３Ｇ）の通信方式であるＷ−ＣＤＭＡを採用した無線通信システムでは、予め試験及び実験によって、ある想定移動速度において最適と考えられた通信パラメータに基づいて対向する無線局と通信を行う。通信パラメータには、例えば３ＧＰＰで定義されるT-reselection, Q-hyst, 各eventのTimer To Trigger, Band Search周期, Target SIRの上下限, 送信電力制御における電力値可変幅と電力値を変更する頻度等がある。この通信パラメータは、無線局から指示されるものと、移動無線局自身に設定されているものとがある。

例えば図１に示す例では、移動無線局１０４が基地局１０２から通信パラメータを受信する。この通信パラメータは送受信部１０６によって制御部１０８に渡される。制御部１０８は基地局１０２から指示された通信パラメータと、自身が持つ通信パラメータを使用して、制御を実施する。

上記想定移動速度として日常的に行動する範囲の移動速度を採用し、各種実験、シミュレーション及びフィールドで各種通信パラメータを変更しながら品質比較を実施し、最適な通信パラメータを決定するという提案がある。この提案では、品質の比較結果に基づき最も良い品質を得られた通信パラメータを設定し、普段使用する場面における通信品質を確保する。

しかしながら、このように固定された通信パラメータを使用すると、ほぼ静止している場合においては不適切な通信パラメータを使用することになり、無駄に電力を消費するという問題がある。

また、上述した提案は想定速度が高速域ではない。例えばセル移動やハンドオーバー等に関連するパラメータであるT-reselectionやTimer To Trigger 等は、移動速度が変わると大きく通信品質に寄与してくる。このため、セル移動やハンドオーバー等の動作が高速移動時においては十分な通信品質を確保できないという問題がある。

この問題を解消する技術として、移動体通信端末の移動速度を検出し、移動速度に応じて必要なパラメータを設定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、相手局と通信を行って相手局の相対的な移動速度に対応する制御信号を出力し、その制御信号に基づいて、自局の通信パラメータを変更することが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−３７４２６号公報特開平１１−２２０７７４号公報

しかしながら、移動速度を直接検出するアルゴリズムを移動機に搭載すると、速度検出のためのアルゴリズムを処理するための処理負荷が追加されることになる。このため、消費電流の増大を招き、移動機内部の処理回路資源が制限されている場合は当該処理を実現すらし得ないという問題がある。

また、移動無線局として自律的に速度検出を実施するためのアルゴリズムを検証する実験において、現在顕著に有効であると思われるアルゴリズムが検出されていない。

これとは異なり、移動速度を検出するための他の技術として、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から発信される情報（以下、「ＧＰＳ情報」という）を使用する方法がある。しかしながら、この処理は多くの電力を消費し、位置の捕捉にも時間がかかる。また、ＧＰＳにおいて高精度な位置情報を取得するには一定数以上のＧＰＳ衛星の捕捉が必要であるが、環境によっては必要な数のＧＰＳ情報を取得できず、位置測定の精度は落ち、あるいは位置の測定すらできないという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、速度検出に要する時間を短縮して少ない電力で迅速に通信パラメータの制御を行うことができる移動無線局及びその通信パラメータ制御方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、任意の場所で一定以上の精度の速度を検出して、より適切な通信パラメータの制御を行うことができる移動無線局及びその通信パラメータ制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る移動無線局は、対向する無線局と予め設定された通信パラメータに基づいて通信を行う移動無線局であって、衛星航法システムを介して取得した情報及び／または少なくとも１つの基地局から取得した情報に基づいて自機の移動速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段により検出された移動速度に応じて前記通信パラメータを変更する制御手段とを備える。

ここで、前記速度検出手段は、衛星航法システムを介して取得した情報及び／または少なくとも１つの基地局から取得した情報に基づいて自機の位置を測定する測位手段を含み、前記速度検出手段は、前記測位手段により異なる時間に測定された位置に基づいて自機の移動速度を検出するものとすることができる。

ここで、前記測位手段は、前記基地局から信号が送信されてから前記移動無線局に到達するまでの時間に基づいて前記基地局から前記移動無線局までの距離を計算するものとすることができる。

また、自機の移動速度を検出するセンサを更に備え、前記制御手段は、前記速度検出手段による移動速度の検出ができない場合に前記センサを用いて求めた自機の移動速度に応じて前記通信パラメータを変更するものとすることができる。

また、自機の移動速度を検出するセンサと、前記センサを用いて前記移動無線局が静止状態であるか否かを判定する判定手段を更に備え、前記速度検出手段は前記判定手段により静止状態と判定された場合に移動速度の検出を停止することを特徴とするものとすることができる。

ここで、前記センサは加速度センサとすることができる。

また、前記制御手段は、前記速度検出手段による移動速度の検出ができない場合に前記センサを用いて求めた自機の移動速度に応じて前記通信パラメータを変更するものとすることができる。

また、前記速度検出手段による移動速度の検出は所定の間隔で行われ、前記制御手段は、前記速度検出手段により検出された移動速度の変化が所定の値以上である場合に前記通信パラメータを変更するものとすることができる。

本発明の別の態様によれば、本発明に係る通信パラメータ制御方法は、対向する無線局と予め設定された通信パラメータに基づいて通信を行う移動無線局にりより実行される通信パラメータ制御方法であって、衛星航法システムを介して取得した情報及び／または少なくとも１つの基地局から取得した情報に基づいて自機の移動速度を検出するステップと、前記検出された移動速度に応じて前記通信パラメータを変更するステップとを備える。

このような構成により、衛星航法システムを介して取得した位置情報もしくは対向する無線局との信号のやり取りにより取得された情報を基に、移動速度に関する情報を検出する。これにより、移動無線局の移動環境に適した通信パラメータを逐次設定するにあたって、速度検出のための追加的な処理負荷を低減することを可能とする。

また、静止状態（安定状態）を検出することで、通信パラメータを消費電力が抑制される方向に設定することが可能となる。

本発明によれば、衛星航法システムを介して取得した情報及び／または少なくとも１つの基地局から取得した情報に基づいて自機の位置を測定し、異なる時間に測定された位置に基づいて自機の移動速度を検出し、検出された移動速度に応じて前記通信パラメータを変更するので、衛星航法システムを介して取得した情報の捕捉時間を短縮することができる。従って、位置情報取得に要する速度が向上し、または速度検出に要する時間を短縮することができる。

従って、消費電力が低減され、移動無線局の連続使用可能時間を延長させることが可能となる。

また、位置情報取得に必要な数の衛星を捕捉できない場合においても、その代替として基地局の所在地情報、もしくは加速度センサ等を使用することにより移動速度を検出することが可能となる。

更に、位置情報を取得するために参照するものの数を増大させることができる。これにより、位置情報の精度が向上し、より正確で、いかなる場合においても一定精度以上の速度情報を取得することが可能となる。

以下、図面を参照し、本発明の好適な実施の形態について説明する。

（第１実施形態）
図２は、本発明を適用した移動通信システムの一例を示すブロック図である。同図に示す移動通信システムは、基地局２０２と移動無線局２０４とを含んでいる。

移動無線局２０４は、対向する局と無線信号の送受を行う送受信部２０６、移動無線局２０４全体の制御を行う制御部２０８、本実施形態に係る通信制御を含む各処理に必要なプログラム及びデータを記憶するための記憶部２２０、ＧＰＳ情報を受信するためのＧＰＳ受信部２１０、及び加速を検出する加速度センサ２１２を含んでいる。

移動無線局２０４におけるこれらの機能は、例えば携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ＰＨＳ、携帯ゲーム機に実装することができる。

このような構成において、移動無線局２０４が基地局２０２から通信パラメータを受信する。この通信パラメータは送受信部２０６によって制御部２０８に渡される。御部２０８は基地局２０２から指示された通信パラメータと、記憶部２２０に記憶された通信パラメータを使用して、通信制御を実施する。

制御部２０８は、適切な速度検出方法を判定するための判定部２１３、自機の移動速度を検出する速度検出部２１６、及び通信パラメータを制御するパラメータ選択機能部２１８を含む。速度検出部２１６は、自機の位置を測定する測位部２１４を含む。

測位部２１４は、ＧＰＳ受信部２１０により受信したＧＰＳ情報、及び／または少なくとも１つの基地局からの緯度経度情報に基づいて自機の位置を測定する。速度検出部２１６は測位部２１４により測定された位置に基づいて自機の移動速度を検出する。パラメータ選択機能部２１８は、速度検出部２１６により検出された移動速度、または加速度センサ２１２において求められた移動速度に従って、記憶部２２０に記憶された各種通信パラメータの値を書き替える。

測位部２１４において自機の位置を検出する方法について説明する。

（１）ＧＰＳ情報を用いた測位手法
図３は、ＧＰＳ情報を用いた測位手法を概念的に示す図である。

ＧＰＳ受信部２１０は、正確な位置が分かっているＧＰＳ衛星が発射する電波を受信して、衛星と移動無線機間の距離を割り出す。距離の割り出しにおいて、衛星が発射した電波が移動無線局に届くまでの時間が計算される。より具体的には、ＧＰＳ衛星から発信されるAlmanacデータ、Ephemerisデータ、ＧＰＳ時刻、及び電離層補正パラメータ等の情報に基づいて衛星から移動無線局までの信号到達時間が測定される。この時間と光速との積から、各衛星と移動無線局間の距離が求められる。そして、図３に示すように、この作業を３機の衛星３０２、３０４、３０６に対して行うことにより、三点交差法によって移動無線局２０４の位置が算出される。

理論上ＧＰＳ移動無線局は３機の衛星の電波を受信すれば移動無線局２０４の位置が算出される。しかしながら、実際にはＧＰＳの時計精度はそれ程良くない。このため、通常は各衛星と移動無線局間の距離に誤差が生じる。

そこで、通常は４機の各衛星と移動無線局間の距離を測定し、これらの関係に基づき誤差を小さくした時刻を計算して測位を行う。

（２）基地局から取得した情報を用いた測位手法
図４は、基地局から取得した情報を用いた測位手法を概念的に示す図である。

ＧＰＳ受信部２１０は、ＧＰＳ衛星から発信される在圏基地局及び周辺基地局の緯度経度情報を受信して、記憶部２２０に記憶しておく。測位部２１４は、基地局２０２から送信される情報により基地局２０２との距離を計測する。

自機と基地局との距離は、基地局から信号が送信されてから移動無線局に到達するまでの時間に基づいて計算する。具体的には、以下の２通りの方法を採用することができる。

第１の方法では、移動無線局が基地局から時間情報を受信した場合、当該時間情報に含まれる時刻から移動無線局が当該情報を受信するまでの時間と、信号の伝達速度との積から距離を計算する。この場合、移動無線局及び基地局の時計が正確に調整されている必要がある。

第２の方法では、移動無線局から基地局に通信の要求を送信し、そのレスポンスを受信した場合、要求を送信してからレスポンスを受信するまでの時間を求める。次いで、求めた時間から所定のマージンを差し引いた値の１／２と、信号の伝達速度との積から距離を計算する。この際、所定のマージンとして、基地局がレスポンスを送信するための信号処理に必要な時間以上の時間値（例えば５０ｍｓ）を設定する。基地局は所定の信号処理を行った後、要求受信時から当該時間値を経過した時点でレスポンスを返信する。これにより、移動無線局において正確な距離の計測を行うことができる。

なお、在圏基地局及び周辺基地局の緯度経度情報は、ＧＰＳに代えて在圏基地局から取得することとしても良い。

そして、図４に示すように、在圏基地局２０２の緯度経度情報、基地局との距離、及びＧＰＳ情報を組み合わせて、三点交差法により自機の位置を測定する。

なお、ＧＰＳ衛星を１機しか捕捉できない場合、そのＧＰＳ情報と、自機と２機の基地局間の距離の情報とを組み合わせて自機の位置を測定する。

ＧＰＳ衛星からの情報が全く捕捉できない場合、自機と３機の基地局との距離を計測し、当該情報を組み合わせて自機の位置を測定する。

次に、図５を参照し、本実施形態に係る移動無線機２０４が実行する通信パラメータの変更方法の手順について説明する。

ステップＳ５０２において、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星を捕捉するため、所定期間ＧＰＳ情報を受信する。ステップＳ５０４において、判定部２１３は捕捉したＧＰＳ衛星の数ｎが３以上であるか判定する。そして、ｎが２以下であればステップＳ５０６に進み、基地局と通信を行い、測位部２１４において基地局との間の距離を求める。

ここで、ｎが２の場合は自機と在圏基地局との距離を求める。また、ｎが１の場合は自機と、在圏基地局及び１機の周辺基地局との距離を求める。また、ｎが０の場合は自機と、在圏基地局及び２機の周辺基地局との距離を求める。

ステップＳ５０６の処理を行った後、あるいはステップＳ５０４で３機以上のＧＰＳが捕捉されたと判定した場合、ステップＳ５０８に進み、測位部２１４が得られた情報に基づき三点交差法を用いて自機の位置を測定する。このようにして得られた位置情報は記憶部２２０に記憶される。

ステップＳ５１０において、速度検出部２１６は記憶部２２０を参照し、最近測定された２つの自機の位置間の距離を、当該時刻の差で除算することにより速度を検出する。

ステップＳ５１２において、パラメータ選択機能部２１８は検出された速度に従って、記憶部２２０に記憶された通信パラメータを書き換える。

通信パラメータの変更は、移動速度と通信パラメータの関係式を用いて行うこととしてもよく、あるいは移動速度と通信パラメータの対応表を記憶しておき、これを参照して対応するものを取得して行うこととしても良い。

（第２実施形態）
次に、基地局との通信により位置測定に必要な情報が得られなかった場合に、加速度センサを用いて速度を検出する本発明の第２実施形態を説明する。

図６は、本実施形態に係る移動無線機２０４が実行する通信パラメータの変更方法の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ６０２において、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星を捕捉するため、所定期間ＧＰＳ情報を受信する。ステップＳ６０４において、判定部２１３は捕捉したＧＰＳ衛星の数ｎが３以上であるか判定する。そして、ｎが２以下であればステップＳ６０６に進み、基地局と通信を行い、測位部２１４において基地局との間の距離を求める。

ここで、ｎが２の場合は自機と在圏基地局との距離を求める。また、ｎが１の場合は、自機と、在圏基地局および１機の周辺基地局との距離を求める。また、ｎが０の場合は、自機と、在圏基地局および２機の周辺基地局との距離を求める。

ステップＳ６０６の処理を行った後、捕捉したＧＰＳ衛星の数及び通信可能な基地局の数ｍの合計が３であるかどうか判定する。そして、ｎ＋ｍが２以下であればステップＳ６１０に進み、加速度センサ２１２において加速度を検知する。

一方、ステップＳ６０４で３機以上のＧＰＳが捕捉されたと判定した場合、及びステップＳ６０８においてｎ＋ｍが３であると判定した場合はステップＳ６１２に進み、測位部２１４は得られた情報に基づき三点交差法により自機の位置を測定する。このようにして得られた位置情報は記憶部２２０に記憶される。

ステップＳ６１０で処理を行った後、あるいはステップＳ６１２で位置測定を行った後、ステップＳ６１４に進み、速度検出を行う。

ここで、ステップＳ６１２において位置を測定した場合は速度検出部２１６が記憶部２２０を参照し、最近測定された２つの位置間の距離を、当該時刻の差で除算することにより速度を検出する。一方、ステップＳ６１０で加速度を検知した場合は、加速度センサ２１２が加速度を時間で積分することにより速度を求める。

ステップＳ６１６において、パラメータ選択機能部２１８は検出された速度に従って通信パラメータを変更する。

このようにして、外部との通信により速度検出を行うことができない場合においても、移動無線局に内蔵するセンサを用いて速度を検出することが可能となる。

なお、速度検出に当たって捕捉するＧＰＳ衛星及び基地局の数の合計は４機以上としても良い。このように参照する対象を多くすることで、より正確な速度検出を行うことができる。

（第３実施形態）
通信パラメータを更新する必要がないような状況では、頻繁に通信パラメータを書き換えずに、現状の通信パラメータを維持することが処理負荷および消費電力低減の観点から好ましい。この処理は、位置測定により検出した速度を記憶部２２０に記憶しておき、通信パラメータの変更を行う前に、記憶した速度情報を用いて当該変更を行うかどうかを判定することにより実現することができる。

本発明の第３実施形態では、測位部２１４により実行される位置の測定、及び速度検出部２１６により実行される速度の検出は予め定められた一定の間隔で繰り返し行い、順次記憶部２２０に記憶するものとする。そして、判定部２１３は記憶部２２０を参照して、最近計測された２つの移動速度を比較する。そして、速度検出部２１６により検出した移動速度の変化が所定の値以上である場合、パラメータ選択機能部２１８は通信パラメータを変更する。これにより、移動速度の変化がない場合に通信パラメータの変更処理が行われることを回避することができる。

また、図５または図６に示す処理を行う前に加速度センサ２１２を用いて加速度を検知し、判定部２１３において加速度検知の結果自機が静止状態（安定状態）であるかどうかを判定し、静止状態である場合にはパラメータの変更制御を停止するように制御しても良い。

また、例えば図６のステップＳ６１６の前に、ステップＳ６１４において検出した移動速度と、過去のある時点で検出した移動速度との差を求め、その差分が所定の範囲を超えたか否かを判定する処理を追加してもよい。この場合、差分が所定の範囲を超えた場合にステップＳ６１６に移行する。

また、ステップＳ６１０で加速度を検知した場合は、その加速度が所定の範囲を超えた場合にステップＳ６１４、Ｓ６１６の処理を行うこととしても良い。

このような処理を行うことにより、速度の変化が小さい場合に各種通信パラメータの変更回数を低減することが可能となる。結果として、電力消費を抑制する機能が追加される。

（他の実施形態）
また、基地局との信号のやり取りにおいて、フェージングピッチやドップラーシフト等を取得し、これらの情報またはこれらの組み合わせから速度を検出することとしても良い。ドップラーシフトによる速度検出手法では、複数基地局通信している際に、ドップラーシフト周波数から各基地局との相対的な速度を算出する。そして、算出された相対的な速度の速度ベクトルを合成することにより最終的な速度ベクトルを決定し、その絶対値から速度を確定する。このような構成をとることにより、位置測定を行うことなく速度検出を行うことが可能となる。

また、移動無線局に、速度検出機能を停止するためのユーザが操作可能なスイッチを設けることとしても良い。これにより、ユーザが位置情報の取得または速度検出機能を停止させることを可能にする。従って、ユーザにより通信パラメータを固定する機能、及び電力消費を抑制する機能を追加することができる。

また、上述の実施形態ではＧＰＳ情報に基づく速度検出、ＧＰＳ情報及び基地局からの情報に基づく速度検出、ならびに加速度センサによる速度検出のいずれかを行うが、これらの少なくとも２つを同時に行うこととしても良い。

また、上述の実施形態では衛星からの情報としてＧＰＳを介して情報を取得する例について説明したが、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＭＳＡＳ等の実用上利用可能な他の衛星航法システムであればどのような衛星航法システムを用いて情報を取得し測位を行っても良い。

以上述べた形態以外にも種々の変形が可能である。しかしながら、特許請求の範囲に記載された技術思想に基づくものである限り、その変形は本発明の技術範囲内となる。

Ｗ−ＣＤＭＡを採用した従来の無線通信システムの構成を示すブロック図である。本発明を適用した移動通信システムの一例を示すブロック図である。本発明の一実施形態によるＧＰＳ情報を用いた測位手法を概念的に示す図である。基地局から送信される情報を用いた測位手法を概念的に示す図である。本発明の一実施形態に係る移動無線機が実行する通信パラメータの変更方法の手順を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る移動無線機が実行する通信パラメータの変更方法の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０２基地局
１０４移動無線局
１０６送受信部
１０８制御部
２０２基地局
２０４移動無線局
２０６送受信部
２０８制御部
２１０ＧＰＳ受信部
２１２加速度センサ
２１４測位部
２１６速度検出部
２１８パラメータ選択機能部
２２０記憶部
３０２、３０４、３０６ＧＰＳ衛星

Claims

対向する無線局と予め設定された通信パラメータに基づいて通信を行う移動無線局であって、
衛星航法システムを介して取得した情報及び／または少なくとも１つの基地局から取得した情報に基づいて自機の移動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段により検出された移動速度に応じて前記通信パラメータを変更する制御手段と
を備えることを特徴とする移動無線局。
前記速度検出手段は、衛星航法システムを介して取得した情報及び／または少なくとも１つの基地局から取得した情報に基づいて自機の位置を測定する測位手段を含み、前記測位手段により異なる時間に測定された位置に基づいて自機の移動速度を検出することを特徴とする請求項１に記載の移動無線局。
前記測位手段は、前記基地局から信号が送信されてから前記移動無線局に到達するまでの時間に基づいて前記基地局から前記移動無線局までの距離を計算することを特徴とする請求項２に記載の移動無線局。
自機の移動速度を検出するセンサを更に備え、
前記制御手段は、前記速度検出手段による移動速度の検出ができない場合に前記センサを用いて求めた自機の移動速度に応じて前記通信パラメータを変更することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の移動無線局。
自機の移動速度を検出するセンサと、
前記センサを用いて前記移動無線局が静止状態であるか否かを判定する判定手段を更に備え、前記速度検出手段は前記判定手段により静止状態と判定された場合に移動速度の検出を停止することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の移動無線局。
前記制御手段は、前記速度検出手段による移動速度の検出ができない場合に前記センサを用いて求めた自機の移動速度に応じて前記通信パラメータを変更することを特徴とする請求項５に記載の移動無線局。
前記速度検出手段による移動速度の検出は所定の間隔で行われ、前記制御手段は、前記速度検出手段により検出された移動速度の変化が所定の値以上である場合に前記通信パラメータを変更することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の移動無線局。
対向する無線局と予め設定された通信パラメータに基づいて通信を行う移動無線局にりより実行される通信パラメータ制御方法であって、
衛星航法システムを介して取得した情報及び／または少なくとも１つの基地局から取得した情報に基づいて自機の移動速度を検出するステップと、
前記検出された移動速度に応じて前記通信パラメータを変更するステップと
を備えることを特徴とするパラメータ制御方法。